[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋅-銅合金中ε相的變質(zhì)處理方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011070711.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112301245A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振卿;馬靜;劉金宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/03
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/03;C22C1/06;C22C18/02;C22C21/00;C22C21/10
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋅?銅合金中ε相的變質(zhì)處理方法。通過(guò)向鋅?銅合金熔體中加入含有TiC粒子的中間合金，所述的含有TiC的中間合金為Al?Ti?C或Zn?Al?Ti?C中間合金。在凝固過(guò)程中，TiC固體粒子會(huì)為鋅?銅合金中ε相的結(jié)晶提供大量異質(zhì)形核核心，從而使ε相晶粒數(shù)量大大增多，尺寸大大減小，晶粒的分枝受到抑制而大幅度減少。Zn?Al?Ti?C中間合金的熔點(diǎn)較低（約500?570℃），加入鋅?銅合金熔體中后會(huì)迅速熔解釋放出具有結(jié)晶形核作用的粒子和元素，縮短了熔煉處理時(shí)間，利于節(jié)約生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋅-銅合金中ε相的變質(zhì)處理方法。

背景技術(shù)

含銅量介于3wt.%和16wt.%之間的鋅-銅二元合金微觀組織主要由η-Zn相和ε（CuZn₄或CuZn₅化合物）相晶粒混合組成。鋅-銅合金凝固時(shí)，其中的ε相首先從液相中通過(guò)包晶反應(yīng)析出并自由生長(zhǎng)，當(dāng)含銅量低于約3.5wt.%時(shí)，ε相數(shù)量較少尺寸也偏小，當(dāng)銅含量大于3.5%時(shí)，因大量的ε相晶粒在較寬的溫度區(qū)間內(nèi)析出，最終形成包含大量二次、三次分枝且尺寸較大的樹(shù)枝晶，銅含量超過(guò)10%時(shí)大量ε相樹(shù)枝晶又容易相互連結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種發(fā)達(dá)樹(shù)枝晶的生成會(huì)給合金帶來(lái)顯微縮松、微觀偏析、熱裂、強(qiáng)韌性下降、鑄造工藝性能（如流動(dòng)性、充型能力）下降等一系列產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝問(wèn)題。在鋅-銅二元合金中有時(shí)會(huì)加入少量鋁元素可以提高強(qiáng)度性能，當(dāng)鋁含量在5wt.%及以下時(shí)，鋁元素在合金中主要以Zn-Al共晶組織存在，對(duì)ε相無(wú)任何影響，當(dāng)鋁含量大于5wt.%以上時(shí)，鋁元素在合金中主要以Zn-Al共晶組織和初生α-Al晶粒方式存在，同時(shí)部分鋁元素會(huì)固溶于ε相中。當(dāng)鋁含量在10wt.%以上并逐漸增多時(shí)，ε相的發(fā)達(dá)樹(shù)枝晶受到鋁元素的影響而逐漸被分割為不連續(xù)的細(xì)小物相。

對(duì)含銅量在3.5-16wt.%之間的鋅-銅二元合金或含有少量鋁（小于10wt.%）及其它元素的鋅-銅合金進(jìn)行變質(zhì)處理以改變?chǔ)畔嗟陌l(fā)達(dá)樹(shù)枝晶特點(diǎn)，獲得分枝少甚至無(wú)分支、晶粒尺寸細(xì)小的ε相，是提高鋅-銅合金使用性能和工藝性能的有效方法。申請(qǐng)?zhí)枮?01810869355.2和201810869291.6的專(zhuān)利文獻(xiàn)采用添加單質(zhì)元素銻或鉍的方法進(jìn)行變質(zhì)處理，獲得一定的效果，但金屬銻、鉍價(jià)格較高（數(shù)倍于純鋅的價(jià)格）。 因此，鋅-銅合金的實(shí)際生產(chǎn)需要尋找效率高、操作方便同時(shí)又成本低廉的變質(zhì)劑或變質(zhì)處理方法。此外，實(shí)際生產(chǎn)中鋅-銅基合金往往需要加入不同種類(lèi)的微量元素進(jìn)行合金化，因此對(duì)變質(zhì)劑的元素成分會(huì)有不同的實(shí)際要求，相應(yīng)地就需要多種類(lèi)型的鋅-銅合金變質(zhì)劑以適于不同條件下選擇使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了用含有TiC粒子的中間合金對(duì)鋅-銅合金中具有發(fā)達(dá)樹(shù)枝晶的ε相進(jìn)行變質(zhì)處理的方法。通過(guò)向鋅-銅合金熔體中加入含有TiC粒子的中間合金，在凝固過(guò)程中，TiC固體粒子會(huì)為鋅-銅合金中ε相的結(jié)晶提供大量異質(zhì)形核核心，從而使ε相晶粒數(shù)量大大增多，尺寸大大減小，晶粒的分枝受到抑制而大幅度減少；同時(shí)縮短了熔煉處理時(shí)間，利于節(jié)約生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鋅-銅合金中ε相的變質(zhì)處理方法，其特征在于，向鋅-銅合金熔體中加入含有TiC粒子的中間合金。

所述的含有TiC粒子的中間合金為Al-Ti-C中間合金。

優(yōu)選地，所述Al-Ti-C中間合金中Ti元素含量為1-10wt.%，C元素含量為0.1-2.5wt.%，Ti與C兩元素質(zhì)量百分含量比為大于或等于4:1。

上述鋅-銅合金的變質(zhì)處理方法，包括以下步驟：

（1）將待細(xì)化的鋅-銅合金熔化至660-730℃，得到鋅-銅合金熔體；

（2）將Al-Ti-C中間合金加入到步驟（1）的鋅-銅合金熔體中攪拌后保溫5-35分鐘，再次攪拌熔體使Ti和C元素在熔體中分布均勻；